Mikrostruktur

Mikrostruktur bezeichnet die Struktur eines Materials auf mikroskopischer Skala. Typischerweise liegt der Beobachtungsbereich im Bereich von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern. Die Mikrostruktur umfasst Körner und deren Grenzen, Phasenverteilungen, Versetzungen, Poren, Einschlussstoffe sowie texturale Merkmale der Kristallanordnung und deren Anordnung innerhalb des Materials.

Sie entsteht und verändert sich durch Herstellungsverfahren wie Gießen, Schmieden, Walzen und verschiedene Wärmebehandlungen (Härten, Anlassen, Glühen). Typische Merkmale sind Körnergröße und -form, Phasenverteilung (zum Beispiel Ferrit und Zementit in Stählen), sowie das Vorhandensein von Versetzungen, Ausscheidungen oder Poren. Die Orientierung der Kristallgitter, also die Textur, kann ebenfalls eine Rolle spielen.

Zur Analyse wird die Metallographie verwendet: Proben werden vorbereitet (Polieren, Ätzen) und mithilfe von Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Ergänzend liefern EBSD (Electron Backscatter Diffraction) und Bildanalyse Informationen über Körnergröße, Phasenanteile und Kristallorientierung.

Die Mikrostruktur beeinflusst maßgeblich mechanische, thermische und chemische Eigenschaften. Beispielsweise erhöht eine feinkörnige Mikrostruktur typischerweise die Festigkeit durch die Hall-Petch-Beziehung, während grobere Körner oft zu größerer Zähigkeit beitragen. Ausscheidungen härten das Gefüge, aber Poren oder eingeschlossene Phasen können die Schwächung verursachen. Die Mikrostruktur beeinflusst auch Korrosion, Verformungsverhalten und Temperaturbeständigkeit.

Anwendungsbeispiele finden sich in Metalllegierungen (Stahl, Aluminium), Keramiken und Polymeren. Durch gezielte Verarbeitung wird die Mikrostruktur kontrolliert, um Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit oder Wärmebeständigkeit zu optimieren.